Анотація до роботи:

Дробоног Н.М. Технологія отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.

Дисертація присвячена розробці технології отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів з одночасною ліквідацією екологічно небезпечних відходів промисловості.

У дисертації проведено термодинамічні дослідження з вивчення взаємодії компонентів відпрцьованого каталізатору з киснем. Проведено дослідження з вивчення впливу параметрів на процес окиснювального випалу відпрацоьваного Ni-Mo каталізатору: температури, розміру часток, об’ємної швидкості повітря та терміну процесу. На підставі отриманих даних запропоновано математичну модель процесу окиснювального випалу.

Вивчено розчинність сполук ванадію, молібдену та нікелю при одночасній їх присутності в розчині аміаку та установлено, що присутність сполук молібдену істотно впливає на розчинність сполук ванадію. Запропоновано реактор, який дозволяє поєднувати два процеси та ліквідує кристалізацію NH₄VO₃ у шарі каталізатору. Досліджено процес кристалізації сполук ванадію та молібдену. Установлено, що в розчинах з високим вмістом молібдену утворюється осад NH₄VO₃ чистотою 99,42% та осад, що має склад (NH₄)₄(NiH₆Mo₆O₂₄)5H₂O, з якого можна отримати чистий (NH₄)₆Mo₇O₂₄4H₂O. Запропоновано принципову технологічну схему та основне обладнання для отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів. Розраховано економічні показники запропонованої технології.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів, яка дозволяє отримувати важливу хімічну продукцію та зменшити шкідливий вплив промислових токсичних відходів.

1. Досліджено склад відпрацьованого Ni-Mo каталізатору та встановлено, що до його складу входять сульфіди ванадію та сульфіди ванадію-молібдену, вуглець та вуглеводні.

2. Проведено термодинамічний аналіз реакцій компонентів каталізатору в процесі роботи та взаємодії з киснем. Теоретично обґрунтовано повний перехід сульфідних та карбідних сполук компонентів каталізатора в оксиди вищих ступенів окиснення при взаємодії з киснем повітря. Отримано експериментальне підтвердження теоретичних розрахунків на реальному відпрацьованому каталізаторі.

3. Експериментально досліджено процес окиснювального випалу каталізатору за допомогою кисню повітря. Установлено, що оптимальна температура процесу випалу складає 773-873 К, а розмір часток каталізатору повинен бути не більше 0,5 мм. Показано, що температура випалу повинна підтримуватися в інтервалі 773-873 К, тому що утворення оксидів металів проходить при температурах не нижче 773 К, а при температурах вищих 873 К можлива сублімація МоО₃. Показано, що оптимальна об’ємна швидкість повітря становить 3800 год^-1. Встановлено послідовно-паралельний хімізм процесу окиснювального випалу. Розроблено математичну модель процесу, яка дозволяє розрахувати показники в залежності від технологічних параметрів, проводити оптимізацію технологічного процесу та розраховувати матеріальні та теплові баланси процесу окиснювального випалу.

4. Встановлено, що при розчиненні V₂O₅ і NH₄VO₃ у водних розчинах аміаку концентрація ванадію (в перерахунку на V₂O₅) практично не відрізняється. Експериментально показано, що максимальна концентрація складає 22 г/л (в перерахунку на V₂O₅) при вмісті аміаку в розчині 60 г/л. Установлено, що процес розчинення V₂O₅ відбувається у три етапи: хімічна взаємодія V₂O₅ з розчином аміаку, утворення піро - та ортованадатів та подальший їх перехід у метаванадат амонію.

5. Досліджено розчинність сполук молібдену у водних розчинах аміаку та у воді, встановлено, що при концентрації аміаку до 60 г/л розчинність сполук молібдену є максимальною і становить 400 г/л. Вивчено кінетику процесу розчинення МоО₃ та встановлено, що процес розчинення МоО₃ у розчинах аміаку багатостадійний: на першій стадії концентрація МоО₃ у розчині може досягати 400 г/л, на другій стадії, яка триває 10 хвилин, концентрація зменшується в 1,7 раза, що пов’язано з утворенням полімолібдатів та на третій стадії стабілізується значення концентрації МоО₃ у розчині на рівні 150 г/л.

6. Досліджено багатокомпонентну систему V-Mo-Ni- NH₄⁺-H₂O та вплив компонентів на розчинність кожного з компонентів. Установлено, що найбільш значні зміни відбуваються у підсистемі V-Mo-NH₄⁺-H₂O. Так, концентрація ванадію в розчині зменшується в 3,5 рази при підвищенні концентрації МоО₃ у розчині більше 50 г/л. Установлено, що при зменшенні концентрації аміаку в розчині до 1 г/л концентрація ванадію в розчині, що містить молібден, також зменшується до 1 г/л (в перерахунку на V₂O₅).

7. Запропоновано реактор, який дозволяє поєднувати два процеси: вилучення компонентів з шару каталізатора у розчин та концентрування сполук ванадію та молібдену у цьому розчині. Використання апарату такого типу дозволяє ліквідувати кристалізацію NH₄VO₃ у шарі каталізатору, що дозволяє збільшити реальний ступінь вилучення сполук ванадію до 99 %.

8. Досліджено процес кристалізації сполук ванадію з робочих розчинів з високим вмістом молібдену. Установлено, що одержаний осад є NH₄VO₃ чистотою 99,42%. Показано, що осад з робочого розчину, після виділення NH₄VO₃, має склад (NH₄)₄(NiH₆Mo₆O₂₄)5H₂O, який після перекристалізації переходить у чистий (NH₄)₆Mo₇O₂₄4H₂O.

9. Запропоновано принципову технологічну схему та основне обладнання для отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів. На підставі розрахунку матеріальних потоків запропонованої технологічної схеми та запропонованого обладнання розраховано техніко-економічні показники виробництва. При потужності виробництва 200 тон на місяць з вартістю обладнання близько 1,7 млн. грн. прибуток складає 2663 грн на 1 тону переробленого каталізатору або 5859568 грн/рік.

Публікації автора:

1. Гринь Г.И., Козуб П.А., Дробоног Н.Н. Изучение процесса удаления органических веществ из отработанных Ni-Mo катализаторов // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2003. –Т.1, №11. – С. 45-48.

Здобувачем проведено дослідження складу відпрацьованого каталізатору та вивчено процес окислювального обпалу каталізатору.

2. Гринь Г.И., Козуб П.А., Дробоног Н.Н. Исследование растворения соединений молибдена различной степени окисления в водных растворах // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2004. – №13. – С. 93-96.

Здобувачем проведено дослідження процесу розчинення сполук молібдену в присутності сполук ванадію.

3. Козуб П.А., Гринь Г.И., Дробоног Н.Н. Термическая обработка отработанных Ni-Mo катализаторов // Восточно –Европейский журнал передовых технологий. – Харьков. – 2005. - № 3/2 (15). – С.110-114.

Здобувачем досліджено вплив температури та розмір часток каталізатору на процес окислювального обпалу.

4. Гринь Г.И., Козуб П.А., Дробоног Н.Н. Исследование процесса извлечения соединений ванадия из вторичного сырья аммиачными растворами // Інтегровані технології та енергозбереження. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2005. - №3. – С.70-74.

Здобувачем проведено дослідження впливу концентрації аміаку на розчинність сполук ванадію та запропоновано технологічне рішення процесу вилуження компонентів відпрацьованого каталізатора.

5. Гринь Г.И., Козуб П.А., Дробоног Н.Н. Изучение совместной растворимости соединений ванадия и молибдена в растворах аммиака// Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2005. – №52. – С. 172-175.

Здобувачем запропоновано технологічне рішення процесу вилучення сполук ванадію з розчинів, що містять ванадій та молібден.

6. Коробец О.В., Дробоног Н.Н., Козуб П.А., Гринь Г.И. Исследование процесса извлечения соединений ванадия кислыми окислительными растворами // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2003. –Т.1, №11. – С.69-72.

Здобувачем досліджено вплив технологічних параметрів на процес вилуження сполук ванадію розчинами сірчаної кислоти.

7. Козуб П.А., Дробоног Н.Н., Гринь Г.И. Изучение процессов взаимодействия компонентов отработанных Ni-Mo катализаторов с кислородом воздуха // Анотації доповідей XI міжнародної науково-практичної конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2003. – С. 26.

Здобувачем досліджено вплив технологічних параметрів на процес окислювального обпалу відпрацьованого каталізатору.

8. Гринь Г.И., Козуб П.А., Дробоног Н.Н. Рокицький Б. Оцінка економічної та екологічної доцільності переробки відпрацьованих каталізаторів // Материалы 5-й международной междисциплинарной научно-практичекой конференции “Современные проблемы науки и образования”. – Алушта, Харьков. -2004. – С. 29.

Здобувачем проведено аналіз технології переробки відпрацьованих каталізаторів з одержанням товарних продуктів.

9. Гринь Г.И., Дробоног Н.Н., Козуб П.А. Разработка технологии переработки отработанных Ni-Mo катализаторов // Збірник наукових праць міжнародної науково-практичної конференції “Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин”. – Черкаси. – 2004. – С. 40-41.

Здобувачем проведено дослідження основних процесів технології переробки відпрацьованих каталізаторів.

10. Дробоног Н.Н., Козуб П.А., Гринь Г.И. Исследование растворимости соединений молибдена различной степени окисления в водных растворах // Анотації доповідей XII міжнародної науково-практичної конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2004. – C. 35.

Здобувачем досліджено процес розчинення сполук молібдену у водних розчинах аміаку.

11. Гринь Г.И., Козуб П.А., Дробоног Н.Н., Рокицкий Б., Вуйтович Е. Технология комплексной переработки никель-молибденового катализатора // Сборник научных трудов XII международной научно-технической конференции “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”. – Бердянск, Харьков. – 2004. – Т.III. – С. 626-629.

Здобувачем запропонована принципова послідовність технології вилучення компонентів з відпрацьованих каталізаторів з одержанням хімічних продуктів.

12. Дробоног Н.Н., Козуб П.А., Гринь Г.И. Исследование выщелачивания ванадия и молибдена из отработанных катализаторов аммиачными растворами // Тези доповідей II Міжнародної науково-технічної конференції студентів і аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології”. – Дніпропетровськ. – 2005. – С.42.

Здобувачем проведено дослідження вилуження сполук ванадію та молібдену розчинами аміаку.

13. Козуб П.А., Гринь Г.И., Дробоног Н.Н. Исследование комплексной переработки отработанных Ni-Mo катализаторов, содержащих ванадий // Збірник наукових статей міжнародної науково-практичної конференції “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення”. – Алушта, Харків. – 2005. – Т.II – С. 48-50.

Здобувачем проведено аналіз методів вилучення сполук перехідних металів з відпрацьованих каталізаторів.